全 文 ：星点设计 －响应面分析法优选陕产
铁筷子皂苷提取工艺
王月茹1 谢 伟2 张 建2 席鹏洲2
(1 陕西国际商贸学院，咸阳，712046;2 陕西步长制药有限公司，西安，710075)
摘要 目的:采用星点设计 －响应面分析法优化陕产铁筷子皂苷的醇提取工艺。方法:选用乙醇为提取溶剂，以乙醇浓度、乙醇
倍数、提取时间为自变量，铁筷子皂苷含量为因变量，采用响应面分析法优化该药材的提取工艺参数。结果:确定了提取工艺的
最佳条件为:乙醇浓度 70%，提取时间 2 h，乙醇倍数 6. 5 倍。在此条件下铁筷子提取物中皂苷的含量为 0. 065 8 g /g，二项式拟
合复相关系数 Ｒ2 = 0. 847 5。结论:该工艺方法能够用于陕产铁筷子皂苷的提取，并且具有简单、可行，预测性较好优势。
关键词 铁筷子;星点设计;响应面;提取工艺
Optimization of Extraction Technology for Helleborus Thibetanus Franch of Shaanxi by Central Composite
Design-Ｒesponse Surface Method
Wang Yueru1，Xie Wei2，Zhang Jian2，Xi Pengzhou2
(1 Shaanxi Institute of International Trade and Commerce，Xianyang 702046，China;
2 Shaanxi Buchang Pharmaceutical Co． Ltd．，Xian 710075，China)
Abstract Objective:To optimize the extraction technology of total dioscin from Helleborus thibetanus Franch of Shaanxi by central
composite design response surface method．Methods:Ethanol was used as the extraction solvent，and the parameters of ex-traction tech-
nology of total dioscin from Helleborus thibetanus Franch were optimized by 3 factors and 5 levels． Independent variables were ethanol
concentration，ethanol multiples and extraction time;dependent variable was the dioscin content． Ｒesults:The optimal extraction technol-
ogy was realized by the following conditions:ethanol concentration was 70%，ethanol was multiplied with 6． 5 times，and extraction time
was 2 hours． The maximal yield of total dioscin reached to 0. 065 8 g /g． Ｒegression coefficient of the binomial fittingcomplex model was
0. 8 475． Conclusion:The technology can be used as the extraction process of total dioscin from Helleborus thibetanus Franch of
Shaanxi．
Key Words Helleborus thibetanus Franch;Central composite design;Ｒesponse surface methodology;Extraction process
中图分类号:Ｒ284． 2 文献标识码:A doi:10． 3969 / j． issn． 1673 － 7202． 2014． 12． 028
铁筷子(Helleborus thibetanus Franch)为茛科铁筷
子属的草本植物，别名黑毛七、见春花、九百棒，经考，
诸历代本草文献认为铁筷子主要有两种:毛茛科植物
铁筷子和腊梅科植物腊梅根，陕西生长的中药铁筷子
为毛茛科植物铁筷子的干燥根及根茎，其主要功效有:
清热解毒，活血散瘀，消肿止痛。主治膀胱炎、尿道炎、
疮疖肿毒、跌打损伤、劳伤［1 － 2］。目前，关于陕产铁筷
子皂苷提取工艺的相关报道较少，在药学制剂工艺和
处方筛选过程中，常需同时考察多个因素对结果的影
响，并对结果进行优化。当因素水平数较多时，考虑到
试验成本和试验周期，需采用试验次数较少的试验设
计优化法。国内现在用得比较成熟的方法为均匀设计
和正交试验设计方法。虽然，上述两种方法在试验处
理时可以取得较佳点，基本可以满足一般试验的要求。
但是它们还存在一些问题，如试验的精度不够，选择的
试验取值仅仅是接近最佳取值，无法精确找到最佳点;
条件优选凭经验，不能灵敏地考察各因素间的交互作
用等等。鉴于以上问题，为了更加优选出铁筷子总皂
苷的提取工艺，笔者在实验中运用国内外近年来常用
集数学和统计学方法于一体的星点设计效应面优化法
进行试验设计，星点设计(Central Composite Design，
CCD)是一种新型的试验设计方法，简单地说，效应面
优化法就是通过拟合效应变量对考察因素变量的效应
面，即函数 f可以用某一数学模型 f近似地模拟函数，
依据该模型可以描绘效应面，从效应面上选择最优的
效应域，利用 f求得自变量 x1，x2，…，xn 取值范围即最
佳试验条件的优化法。该方法具有试验次数少，试验
精度高，能够采用非线性预测模型拟合，在中心点进行
重复试验以提高精度，使预测值更接近真实值等特点，
在药学应用上成效显著［3 － 6］。然客观来说，该方法不
适宜用于非连续型变量的考察，所以在设计试验时应
尽可能选用连续变量，而非连续性变量宜用其他方法
·6661· WOＲLD CHINESE MEDICINE December． 2014，Vol． 9，No． 12
先考察。
1 仪器与试药
1. 1 仪器 Waters 2695 高效液相色谱仪，Empower 色
谱工作站，2996 二极管阵列检测器;梅特勒电子天平。
1. 2 试药 薯蓣皂苷元对照品(中国药品生物制品检
定所提供)，甲醇、乙腈均为色谱纯，其他试剂均为分析
纯。铁筷子药材采自陕西秦岭山区。
2 方法与结果
2. 1 陕产铁筷子皂苷元的含量测定［7］
2. 1. 1 色谱条件与系统适用性试验 用 Waters 2695
高效液相色谱仪，2996PDA检测器，色谱柱 C18ODS柱;
流速:1. 0 mL /min;柱温:25 ℃;检测波长:203 nm;流
动相:(乙腈:水 = 85∶ 15)。
2. 1. 2 对照品溶液的制备 精密称取薯蓣皂苷元对
照品适量，加甲醇制成每 1 mL含 0. 6 mg溶液，即得。
2. 1. 3 供试品溶液的制备 称取 20 份铁筷子药材，
每份 20 g，按照表 2 的实验设计进行回流提取，提取液
过滤，滤液定容，即得。
2. 1. 4 标准曲线的绘制 分别精密移取薯蓣皂苷元
对照品 5 μL、10 μL、20 μL、25 μL、30 μL 注入高效液
相色谱仪中，在上述的色谱条件下进行分析，以峰面积
A为纵坐标，薯蓣皂苷元含量 C(μg)为横坐标绘制标
准曲线。计算得回归方程为:A = 201 120C-75 214，相
关系数 r = 0. 999 7。
2. 1. 5 精密度试验 精密吸取对照品溶液 10 μL，并
依据上述色谱条件，记录峰面积，结果 ＲSD 为 1. 24%
(n = 6)。
2. 1. 6 稳定性试验 对照品溶液在 1 h、2 h、4 h、8 h、
24 h分别取 10 μL，记录峰面积，结果 ＲSD为 1. 46%。
2. 1. 7 重复性试验 取同一样品适量，共 6 份，照
“2. 1. 3”项下的方法制备供试品溶液，分别精密取 10
μL 进样，在上述色谱条件下测得样品，ＲSD 为
3. 52%，表明此方法重复性良好。
2. 1. 8 加样回收率试验 采取加样回收法，取一定量
已知含量的样品 6 份，分别精密加入薯蓣皂苷元对照
品适量，照“2. 1. 3”项下的方法制备供试品溶液，在上
述色谱条件下测定含量，计算回收率为 99. 78%，ＲSD
为 2. 96%。
2. 1. 9 样品的测定 精密吸取制备好的供试品溶液，
依上述色谱条件测定，计算即得。
2. 2 星点设计 －响应面法优选方法［8 － 16］
2. 2. 1 实验因素的确定 铁筷子皂苷是黄酮属于中
等极性物质，可选择乙醇作为提取剂，结合药学领域的
提取特点和产业化方法，因此本实验的考察因素可以
是乙醇浓度、提取时间、提取次数和溶媒用量，其中由
于提取次数为非连续变量，不能进行统计学上的回归
处理，故本实验中对提取次数结合生产的成本、提取率
及其预实验的结果，暂定为 3 次。
2. 2. 2 试验设计及结果 根据 CCD 原理，选取乙醇
浓度，提取时间，溶媒用量对薯蓣皂苷元含量影响显著
的 3 个因素，采用 3 因素 5 水平的响应面分析方法进
行设计，试验设计与结果分别见表 1、表 2。
表 1 因素水平表
因素
水平
－ 1. 682 － 1 0 1 1. 682
X1 乙醇浓度 /% 29. 77 40 55 70 80. 23
X2 溶媒用量 /倍 2. 64 4 6 8 9. 36
X3 提取时间 /min 39. 55 60 90 120 140. 45
表 2 星点设计试验及结果
试验号 X1 X2 X3 含量 / g·g － 1
1 0 0 0 0. 059 8
2 1 1 － 1 0. 055 2
3 0 0 0 0. 059 6
4 0 0 0 0. 058 6
5 1 － 1 － 1 0. 048 1
6 0 1. 682 0 0. 054 2
7 － 1 1 1 0. 045 2
8 － 1. 682 0 0 0. 042 5
9 1 1 1 0. 059 6
10 0 0 0 0. 062 1
11 0 0 0 0. 062 2
12 － 1 － 1 1 0. 042 5
13 － 1 1 － 1 0. 045 8
14 － 1 － 1 － 1 0. 041 2
15 0 0 － 1. 682 0. 058 1
16 1. 682 0 0 0. 062 1
17 0 0 1. 682 0. 062 1
18 1 － 1 1 0. 055 2
19 0 － 1. 682 0 0. 046 9
20 0 0 0 0. 063 2
2. 2. 3 模拟方程的建立与方差分析 应用 Design-Ex-
pert 8. 0. 6 软件对表 2 中的数据进行多元线性回归和
二项式方程拟合，得到乙醇浓度(X1)、溶媒用量(X2)、
提取时间(X3)与薯蓣皂苷元之间的二项式回归方程
和多元线性回归方程，分别如下:Y = 0. 061 + 5. 592 ×
10 －3X1 + 2. 276 × 10
－3 X2 + 1. 386 × 10
－3 X3 + 5. 250 ×
10 －4X1X2 + 1. 350 × 10
－3 X1X3 － 5. 750 × 10
－4 X2X3 －
4. 063 × 10 －3X2 1 － 4. 682 × 10
－3 X2 2 － 1. 305 × 10
－3 X2
3。对该二项式模型进行方差分析，结果见表 3，其中 Ｒ
=0. 920 6，该模型拟合度较好并具有显著的统计学意
义 P ＜ 0. 001，充分证明响应面法优化陕产铁筷子皂苷
提取工艺是可行的。
·7661·世界中医药 2014 年 12 月第 9 卷第 12 期
表 3 星点设计试验及结果
方差来源 SS df MS F P
模型 1. 052 × 10 －3 9 1. 168 × 10 －4 12. 73 0. 000 2＊＊
X1 4. 270 × 10 －4 1 4. 270 × 10 －4 46. 52 ＜ 0. 000 1＊＊＊
X2 7. 072 × 10 －5 1 7. 072 × 10 －5 7. 70 0. 019 6*
X3 2. 623 × 10 －5 1 2. 623 × 10 －5 2. 86 0. 121 8
X1X2 2. 205 × 10 －6 1 2. 205 × 10 －6 0. 24 0. 634 6
X1X3 1. 458 × 10 －6 1 1. 458 × 10 －6 1. 59 0. 236 2
X2X3 2. 645 × 10 －6 1 2. 645 × 10 －6 0. 29 0. 603 1
X2 1 2. 379 × 10 －4 1 2. 379 × 10 －4 25. 92 0. 000 5＊＊
X2 2 3. 158 × 10 －4 1 3. 158 × 10 －4 34. 41 0. 000 2＊＊
X2 3 2. 455 × 10 －5 1 2. 455 × 10 －5 2. 67 0. 133 0
残差 9. 179 × 10 －5 10 9. 179 × 10 －6
失拟项 7. 518 × 10 －5 5 1. 504 × 10 －5 4. 53 0. 061 5
误差 1. 661 × 10 －5 5 3. 322 × 10 －6
总离差 1. 143 × 10 －3 19
注:＊＊＊P ＜ 0. 000 1，＊＊P ＜ 0. 001，* P ＜ 0. 05。
图 1 乙醇浓度和溶媒用量对薯蓣皂苷元含量的影响
图 2 乙醇浓度和提取时间对薯蓣皂苷元含量的影响
图 3 溶媒用量和提取时间对薯蓣皂苷元含量的影响
2. 2. 4 工艺参数优化与预测 把因变量与其中任 2
个因素拟合为三维曲面图，以拟合目标函数为数学模
型，绘制因变量曲面和等高线图(见图 1 －图 3) ，在图
上选取薯蓣皂苷元得率最佳工艺参数:乙醇浓度
67. 84%，提取时间 117. 63 min，溶媒用量倍数 6. 48
倍，考虑到工业生产的实际情况，故把提取铁筷子中薯
蓣皂苷元的优化工艺暂定为乙醇浓度为70%，提取时
间为 120 min，溶媒比为 6. 5 倍。由简化后的二项式模
型进行预测分析，薯蓣皂苷元含量最大值为 0. 064 4
g /g，根据最优工艺进行验证试验，实际皂苷元提取量
平均值为 0. 065 8 g /g(n = 3)，实际值比预测值高
2. 13%。
3 讨论
本试验采用星点设计 －响应面法对铁筷子中的薯
蓣皂苷提取方法进行了研究，最终预测最佳提取工艺
条件为:乙醇浓度 70%，提取 3 次，每次提取时间为 2
h，溶媒比为 6. 5 倍，二项式拟合判定系数较高(Ｒ =
0. 920 6)，在此工艺条件下陕产铁筷子提取物中薯蓣
皂苷元的含量为 0. 065 8 g /g。
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(2014 － 02 － 07 收稿 责任编辑:徐颖)
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